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1、变配电工,于庆明 山东煤炭技术学院 二O一一年元月,低压漏电保护,山东煤炭技术学院 二O一一年元月,漏电基础 低压漏电保护原理 低压漏电保护设备 井下低压漏电保护系统方案,井下低压供电系统的基本特点,以一台变压器为一个相对独立的供电电压，就漏电保护而言，只要对一个供电单元能设置一完善的漏电保护系统，则整个井下低压电网的漏电保护都可以解决。 动力电压等级为380、660、1140V 、3300V四种 低压线路全部由电缆组成，在对井下低压供电单元的漏电分析中不能忽略对地电容这一参数。 采用变压器中性点绝缘(不接地)的运行方式，接地为漏电。 低压供电单元的大部分电缆线路与电气设备，都在比较恶劣的环境
2、条件下运行，漏电故障率高。,漏电定义,对于目前国内井下广泛采用的变压器中性点绝缘的供电系统，漏电故障的明确定义：在中性点绝缘的供电系统中，发生单相接地(包括直接接地和经过渡阻抗接地)或两相、三相对地的总绝缘阻抗下降到危险值的电气故障就叫做漏电故障，简称漏电。 显然，在这种供电系统中，人身触及一相带电导体的情况，属于单相经过渡阻抗接地，对人来说是发生了触电，对整个供电系统来说就是发生了漏电。,漏电的种类,根据煤矿井下电网的实际情况，漏电故障可分为集中性漏电和分散性漏电两类。 集中性漏电是指发生在电网中某一处或某一点、而其余部分的对地绝缘水平仍然正常的漏电。 分散性漏电是指整条线路或整个电网的对地
3、绝缘水平均匀下降到低于允许水平的漏电。,集中性漏电,集中性漏电又分为长期集中性漏电、间歇集中性漏电和瞬间集中性漏电3种类型。 长期集中性漏电是指电网中的某一设备或电缆，由于某种原因使绝缘击穿或带电导体碰壳而造成的漏电故障，如果没有相应的保护装置，或者保护装置拒动，这种漏电故障将长期存在。 间歇性漏电，一般指电网内某台控制设备的负荷端，如磁力起动器负荷侧的电缆和末端的电动机，由于某种原因使绝缘击穿、带电导体碰壳而发生的漏电故障，这种漏电故障的存在与磁力起动器的停、送电状态有关，如果磁力起动器合闸，这部分线路就发生漏电，如果磁力起动器分闸，其漏电故障就消失。 瞬间集中性漏电，主要指人员或其他接地的
4、导体偶尔触及设备的带电部分后，立刻又摆脱或分开的情况。,漏电电流与正常泄漏电流,漏电电流与正常的泄漏电流之间没有严格的界限，这种界限还与电网的结构、电压等级、中性点接地方式等因素有关。漏电保护装置的动作值往往就是这种界限的标志；同样，漏电电流与短路电流之间也没有严格的界限，而过流保护装置的动作值往往就是这种界限的标志。,产生漏电的危害,人身触电 引起瓦斯及煤尘爆炸 电雷管无准备引爆 烧损电气设备，引起电火灾 引起短路事故 严重影响生产,漏电保护,人身触电电流的计算公式,其中 =2f = 2x3.14x50=314,例：设电网每相对地电容C0.5uF，每相对地电阻为r=35k,电网电压V660V
5、，求人身单相触电电流。人体电阻取1k 。,解：根据公式有：,可见，即使对中性点绝缘的低压供电系统，人身单相触电电流也是非常危险的。,那么，通过提高电网对地绝缘水平，是否就可以降低人身触电电流呢？,令 则有：,结论：单纯通过提高对地绝缘水平，不一定能降低人身触电电流，有时可能相反。,如果通过改变电网对地电容，对人身触电电流有何影响？,令公式中C=0，则有：,结论：通过减小电网对地电容，即减小电网容性电流，对降低人身触电电流是有效的办法。,人身触电电流值随绝缘电阻和电容的变化规律,漏电保护的要求,全面、安全、可靠、灵敏、有选择性 1. 全面：指保护范围应覆盖整个供电单元，没有动作死区，无论供电单元
6、内何处发生何种类型的漏电故障（对称或不对称的），都能起到保护跳闸作用。另一个要求是，无论设备或电网处于什么状态（合闸前、合闸后、合闸过程中），当发生漏电故障应能起相应的保护作用，或切断电源，或闭锁送电开关，禁止对故障设备或线路送电。,漏电保护的要求,2. 安全：即要求满足30mAs安秒值的规定。从最严重的触电事故发生到电源被切除的时间乘以流过人体的电流，其乘积应不超过30mAs。因此一方面要提高保护装置的动作速度，另一方面降低通过人身的触电电流。应保证在切断电源或发生间歇性漏电时，接地点的漏电火花能量小于0.28mJ。,漏电保护的要求,3. 保护可靠：一指保护装置本身有较高的可靠性，二指保护性
7、能要可靠，当本供电单元发生漏电故障时，它一定动作，而本单元以外的任何故障，它一定不动作。 4. 动作灵敏：指保护装置对故障的反应能力，在发生最轻漏电故障时也能可靠动作，即灵敏度高。 5. 选择性：是保护系统的一个重要参数，要求在供电单元中只切除故障部分的电源，而不切除非故障部分的电源。确保在发生故障时停电的范围尽可能小。,低压漏电保护原理,利用附加直流电源的保护原理 利用三个整流管的保护原理 零序电流方向保护原理 零序功率方向式漏电保护 旁路接地,漏电保护基本原理-附加直流,附加电源直流检测式漏电保护电气原理图,漏电保护的动作电阻值,漏电,Rdz/k,电压/V,直流检测式漏电保护的缺点,(1)
8、保护无选择性，即在供电单元内无论何处发生漏电，都将引起总开关跳闸(同一电网只需装设一台)，停电范围大。在保护系统中虽有各处漏电闭锁的配合，但恢复正常部分尤其是远离总开关的配电点等的供电仍需一定时间和工人操作。 (2)电容电流补偿是静态补偿，零序电抗值调定以后就不能随电网对地电容的变化而自动变化，因而不能保证在整个生产过程都达到最佳补偿状态，降低了保护的安全性。此外，若对电网可能的最大电容调节在最佳补偿状态，一旦运行的变化使电容值降低，便会出现过补偿，也并不安全。,直流检测式漏电保护的缺点,(3)保护装置的动作时间较长，当RX1k时，动作时间大于50 ms，再加上自动开关的固有分闸时间10020
9、0 ms，故使人的触电时间较长。以30 mAs的标准要求，触电电流应在100 mA及以下，因而又加重了电容电流补偿的负担。 (4)这种保护方式对电动机断电后加于电网上的反电势的危害无能为力。根据实测，井下较大容量的660V电动机在断电后1s时的反电势仍达125V以上，故可能对工作人员造成伤害。,利用三个整流管的漏电保护,利用三个整流管构成的漏电保护原理图,利用三个整流管的漏电保护,特点及应用： 结构简单，不需要另设直流电源，即可获得直流检测式漏电保护所具有的保护特性。另外具有较高的直流电压，所以能够较真实反应电网的绝缘水平。 缺点： 动作值受电源电压波动的影响较大和对整流管的反向电压要求较高，
10、因此只适合在较低电压等级电网使用，如127V煤电钻综合保护中采用。,零序电压式漏电保护,利用漏电时零序电压的大小，来反应电网对地的绝缘程度，当零序电压达到一定程度时即认为发生漏电，使馈电开关跳闸。 缺点：动作电阻值不固定、无选择性、不能保护对称性漏电故障、只能在变压器中性点非直接接地系统中，一般应用在6kV及以上电压电网绝缘监视保护中。,零序电流式漏电保护,在电网中发生非对称性漏电故障时，如果存在零序回路，则在回路中出现零序电流。通过零序电流互感器检测出该零序电流的大小，在超过整定值时使继电器动作，切断故障线路电源。 利用各支路零序电流的方向的不同，可实现放射式电网的横向选择性漏电保护。既可在
11、中性点不接地系统中应用，中性点接地系统中也可应用。 缺点：动作电阻值不固定、不能保护对称性故障、不能补偿电容电流。,零序功率方向式漏电保护原理,正常情况下,LH1，LH2，LH3 为零序电流互感器,电网三相基本平衡,不存在不平衡电压,每条支路流入大地的电流为正常泄漏电流，其代数和都为零,每条支路的零序电流互感器通过的零序电流为零,零序功率方向式漏电保护原理,故障情况下，例如单相接地 电网三相不平衡 存在不平衡电压 正常支路零序电流功率方向为电源母线流向大地；其值为漏电流 故障支路零序电流功率方向为大地流向母线；其值为正常支路的零序电流和,零序功率方向式漏电保护原理,优点： 保护有较强的横向选择
12、性，设置延时环节就可实现纵向选择性。 有利于构成纵、横向选择性漏电保护系统。 既可在变压器中性点不接地的供电系统中使用，又可以在中性点接地的供电系统中使用。,零序功率方向式漏电保护原理,缺点： 存在保护死区，对三相对地对称性漏电故障不起保护作用 不能设置电容电流补偿电路，否则保护失效。 单纯设置延时环节来达到纵向的选择件，将使安全性进一步降低。 动作电阻值不固定，这使得设计和调试保护电路都比直流检测式漏电保护复杂。 保护装置对断电后电动机反电势对人身的危害无能为力。,旁路接地式漏电保护,附加直流和功率方向漏电保护方式对电动机反电势和电网电容储能对人体的危害无能为力。 因此有必要探索新的保护方式
13、，可采取旁路接地式漏电保护。,旁路接地式漏电保护,基本设想 当电网发生单相漏电或人身触及一相时，由选相电路选出故障相并由执行电路使故障相直接接地 此时入地电流绝大部分经旁路接地极入地，而漏电处的电流或人身触电电流则变得很小 接着开关跳闸，切除电源，而瞬间产生的电容放电与电动机反电势均被旁路，对人身无危害,旁路接地式漏电保护,技术关键： 正确地选出故障相是实现旁路接地的关键，否则会造成两相短路和严重危险,旁路接地式漏电保护,优点： 有较高的安全性： 当发生人身触电时，能在3050 ms内将人身触电电流降至5-10 mA及以下； 当发生单相漏电时能显著减小漏电处的入地电流，因而限制了裸露的漏电电火
14、花能量。 有效地削弱断电后电动机反电势和电网电容储能对触电人员的危害。 保护范围全面，只要单相漏电或人身触电发生在供电单元内，保护就会动作。,旁路接地式漏电保护,缺点： 它不能单独构成漏电保护系统。 保护无选择性。 准确地选出故障相在技术上有一定的难度,选漏涉及到一些实际问题,井下测试选择性漏电保护装置选漏特性时必须接上电缆，线路在远端做试验 不加电缆直接在出口处做试验是不对的。,JY82型矿用检漏继电器,适用于煤矿井下中性点绝缘系统，电压为380V或660V，频率为50Hz的三相交流电网，能在井下任何有瓦斯煤尘爆炸性危险的场所正常工作。与低压供电单元的总馈电开关QA配合，可以对整个供电单元实
15、现漏电跳闸保护。,JY82型矿用检漏继电器,主要功能 （1）通过内设的欧姆表时刻监视电网的绝缘电阻，以便及时进行预防性检修； （2）当运行中的电网对地绝缘电阻降低到危险值或发生人身触及一相带电导体或电网一相接地故障，能够迅速动作，使自动馈电开关跳闸，切断电源，防止触电漏电事故； （3）当人触及电网一相时，可以补偿通过人身的电容电流，从而减少通过人身的总电流，降低触电危害，同时减少入地电流，降低引爆沼气煤尘的能力。,井下低压漏电保护系统方案,旁直零式选择性漏电保护系统 共设置了五种保护单元或插件： 1）附加三相接地电容器组(C)，用来消除方向型保护动作死区，装设在总开关的负荷侧，其星形点连在接地
16、网。 2）旁路接地式漏电继电器(PL)一台，设置在总开关处。采用旁路接地，保护系统的安全性能大大提高，使得靠延时的纵向选择性得以实现。,井下低压漏电保护系统方案,3）直流检测式漏电保护器插件(JY)一块，装设于总开关内，主要用来弥补方向型漏电保护的动作死区（对称性故障），并作为整个漏电保护的总后备。 4）零序功率方向式漏电保护插件(UI)若干，在除总开关以外的所有馈电开关和磁力启动器中各装设一块，主要完成横向选择性漏电保护。 5）直流检测式漏电闭锁插件(JB)若干，装设地点同方向型插件，也可与方向型插件合一。 根据纵向选择性的要求，纵向各自的跳闸时间应在延时上有一定的差别。,井下低压漏电保护系统方案,选择性自动复电漏电保护系统 所谓自动复电，实际上就是地面供电系统的自动重合闸技术在井下的运用。 具有自动复电功能的保护系统，可以减少故障停电时间，提高电网的供电可靠性，并具有选择性。 但是设计必须满足煤矿安全规程第424条的规定，即在低压馈电线上应有可靠的漏电、短路检测闭锁装置。,井下低压漏电保护系统方案,选择性自动复电漏电保护
